高考物理难点精讲 电场

高考物理难点精讲 电场内容摘要：

1、第 1 页 共 22 页高三复习难点精讲：电场目的要求理解和灵活运用电场的有关概念。 掌握电场力做功与电势能的变化。 带电粒子在电场中的运动等综合题的解题方法。 培养空间想像能力与综合分析能力。 第 1 课时：电场力的性质知识简析 一、电荷、电荷守恒定律1、两种电荷：用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷，用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷。 2、元电荷：一个元电荷的电量为 019 C，是一个电子所带的电量。 说明：任何带电体的带电量皆为元电荷电量的整数倍。 3、起电：使物体带电叫起电，使物体带电的方式有三种摩擦起电，接触起电，感应起电。 4、电荷守恒定律：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或 2、者从物体的一部分转移到另一部分，系统的电荷总数是不变的注意：电荷的变化是电子的转移引起的；完全相同的带电金属球相接触，同种电荷总电荷量平均分配，异种电荷先中和后再平分。 二、库仑定律内容：真空中两个点电荷之间相互作用的电力，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。 公式：F=Q2r 2 k9 010 9N 2 3适用条件：（1）真空中； （2）点电荷点电荷是一个理想化的模型，在实际中，当带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，就可以把带电体视为点电荷 （这一点与万有引力很相似，但又有不同：对质量均匀分布的球，无论两球相距多近，r 都等于球心距 3、；而对带电导体球，距离近了以后，电荷会重新分布，不能再用球心距代替 r）。 点电荷很相似于我们力学中的质点注意：两电荷之间的作用力是相互的，遵守牛顿第三定律使用库仑定律计算时，电量用绝对值代入，作用力的方向根据“同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引”的规律定性判定。 【例 1】在光滑水平面上，有两个带相同电性的点电荷，质量 m 2，电量 它们从静止开始运动，m 1 的速度为 v 时，m 2 的速度为 ；加速度为 a 时，加速度为 ，当 q1、q 2 相距为 r 时，m 1 的加速度为 a，则当相距 2r 时，m 1的加速度为多少。 解析：由动量守恒知，当 速度为 v 时，则 速度为 2v，由牛顿第二 4、定律与第三定律知：当 加速度为 a 时，m 2 的加速度为 2a由库仑定律知：a= 21m，a/=14m,由以上两式得 a/=a/4 答案：2v，2a，a/4点评：库仑定律中的静电力（库仑力）是两个电荷之间的作用力，是作用力与反作用力，大小相同，方向相反，在同一直线上，作用在两个物体上，二力属同种性质的力，而且同时产主同时消失。 三、电场：1、存在于带电体周围的传递电荷之间相互作用的特殊媒介物质电荷间的作用总是通过电第 2 页 共 22 页场进行的。 2、电场的基本性质是对放入其中的电荷有力的作用。 3、电场可以由存在的电荷产生，也可以由变化的磁场产生。 四、电场强度1定义：放入电场中某一点的电荷受到 5、的电场力 F 跟它的电量 q 的比值叫做该点的电场强度，表示该处电场的强弱 2表达式：E F/q 单位是：N/C 或 V/m； E=kQ/出式，真空中的点电荷，其中 Q 是产生该电场的电荷） EU/d（导出式，仅适用于匀强电场，其中 d 是沿电场线方向上的距离）3方向：与该点正电荷受力方向相同，与负电荷的受力方向相反；电场线的切线方向是该点场强的方向；场强的方向与该处等势面的方向垂直4在电场中某一点确定了，则该点场强的大小与方向就是一个定值，与放入的检验电荷无关，即使不放入检验电荷，该处的场强大小方向仍不变，这一点很相似于重力场中的重力加速度，点定则重力加速度定，与放入该处物体的质量无关，即使 6、不放入物体，该处的重力加速度仍为一个定值5、电场强度是矢量，电场强度的合成按照矢量的合成法则 （平行四边形法则和三角形法则）6、电场强度和电场力是两个概念，电场强度的大小与方向跟放入的检验电荷无关，而电场力的大小与方向则跟放入的检验电荷有关，五、电场线：是人们为了形象的描绘电场而想象出一些线，客观并不存在1切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向2从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出发到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止3疏密表示该处电场的强弱，也表示该处场强的大小4匀强电场的电场线平行且距离相等5没有画出电场线的地方不一定没有电场6顺着电场线方向，电势越来越低7电场线的方 7、向是电势降落陡度最大的方向，电场线跟等势面垂直8电场线永不相交也不闭合，9电场线不是电荷运动的轨迹【例 2】在匀强电场中，将质量为 m，带电量为 q 的小球由静止释放，带电小球的运动轨迹为一直线，该直线与竖直方向的夹角为 ，如图所示，则电场强度的大小为（ B ）A有唯一值 q ； B最小值是 q；C最大值 q ； Dmg/附图所示，利用三角形法则，很容易判断出 速度方向垂直规律方法 1、库仑定律的理解和应用【例 3】如图所示，三个完全相同的金属小球 a、b、c 位于等边三角形的三个顶点匀强电场 点电荷与带电平板+等量异种点电荷的电场 等量同种点电荷的电场孤立点电荷周围的电场第 3 页 共 22 8、 页上a 和 c 带正电，b 带负电，a 所带电量的大小比 b 的小已知 c 受到 a 和 b 的静电力的合力可用图中四条有向线段中的一条来表示，它应是AB C析】 a 对 c 为斥力，方向沿 线背离 a；b 对 c 为引力，方向沿 线指向 b由此可知，二力的合力可能为 已知 b 的电量比 a 的大，由此又排除掉 有可能的 【 答案】 B【例 4】两端开口，横截面积为 S，水平放置的细玻璃管中，有两个小水银滴，封住一段长为 空气柱，当给小水银滴带上等量的异种电荷时，空气柱的长度为 L，设当时大气压强为 水银滴在移动过程中温度不变，小水银滴大小可忽略不计，试求：稳定后，它们之间的相互作用力。 小水 9、银滴所带电量的大小。 解析：小水银滴所受的库仑力为内外气体压力之差。 设外界大气压强为 水银滴带上等量异种电荷时，被封闭气体的压强为 P，则由玻意耳定律得： P/ P/ ）/L ，又 P=PP 0=F 电/S，即 F 电= 0 L）/ 电=2 可得 Q= K/电 L= 【例 5】 已知如图，在光滑绝缘水平面上有三个质量都是 m 的相同小球，两两间的距离都是 l，A、B 电荷量都是+q。 给 C 一个外力 F，使三个小球保持相对静止共同加速运动。 求：C 球的带电电性和电荷量；外力 F 的大小。 解：先分析 A、B 两球的加速度：它们相互间的库仑力为斥力，因此 C 对它们只能是引力，且两个库仑力的合力应沿 10、垂直与 线的方向。 这样就把 B 受的库仑力和合力的平行四边形确定了。 于是可得 =3 33例 6】量均为 m 的三个带电小球 A,B,C,放在光滑的绝缘水平面上，彼此相隔的距离为 L(L 比球半径 r 大许多）,B 球带电量为 带电量为 6q ，若对C 球加一个水平向右的恒力 F,要使 A,B,C 三球始终保持 L 的间距运动，求：(1）F 的大小为多少。 (2)C 球所带的电量为多少。 带何种电荷。 ：解析:由于 A,B,C 三球始终保特 L 的间距，说明它们具有相同的加速度,设为 a,则 3 A、B、C 球受力分析可知 ,C 球带正电,对 A 球:AC=226184 B 球:BC=即22318,联 11、立以上各式得 B B 200r 3e13e第 4 页 共 22 页【例 7】中子内有一电荷量为23e上夸克和两个电荷量为13e下夸克，一简单模型是三个夸克都在半径为 r 的同一圆周上，如图所示 ,下面给出的四幅图中能正确表示出各夸克所受静电作用力的是( )解析:上夸克与下夸克为异种电荷,相互作用力为引力,2/9l 为任意两个夸克间的距离),由力的合成可知上夸克所受的合力 下, 下夸克为同种电荷,所受的作用力为斥力,2/9F/=2F/,由力的合成知下夸克受力 上,B 8】长木板 在水平面上如图所示，它的下表面光滑而上表面粗糙，一个质量为m、电量为 q 的小物块 C 从 A 端以某一初速起动向右滑 12、行。 当存在向下的匀强电场时，C 恰能滑到 B 端，当此电场改为向上时，C 只能滑到 中点，求此电场的场强。 【解析】当电场方向向上时，物块 c 只能滑到 点，说明此时电场力方向向下，可知物块 C 所带电荷的电性为负。 电场方向向下时有：（mg=（mM） m 十 M）v 电场方向向上时有：（mg（mM） m 十 M）v则 mg=（ mg ，得 Eq【例 9】如图在场强为 E 的匀强电场中固定放置两个带电小球 1 和 2,它们的质量相等，电荷分别为 （q1球 1 和球 2 的连线平行于电场线，如图现同时放开 1球和 2 球，于是它们开始在电场力的作用下运动，如果球 1 和球 2 之间的距离可以取任意 13、有限值，则两球刚被放开时，它们的加速度可能是（ A、大小不等，方向相同； B、大小不等，方向相反；C、大小相等，方向相同； D、大小相等，方向相反；解析：球 1 和球 2 皆受电场力与库仑力的作用, 取向右方向为正方向,则有21 ;库 库由于两球间距不确定,故 F 库不确定若 库0, F 库, 且 库F 库 A 正确;若 库0, F 库E0，p1=2= E0，p1=接触点一定在两球初位置连线的中点右侧某点 两球必将同时返回各自的出发点。 其中正确的是A. B. C. D.解析：由牛顿定律的观点看，两球的加速度大小始终相同，相同时间内的位移大小一定相同，必然在连线中点相遇，又同时返回出发点。 由动量观点看，系统动量守恒，两球的速度始终等值反向，也可得出结论：两球必将同时返回各自的出发点。 且两球末动量大小和末动能一定相等。 从能量观点看，相同距离上的库仑斥力增大，返回过程中电场力做的正功大于接近过程中克服电场力做的功，由机械能定理，系统机械能必然增大，即末动能增大。 选 C。 拓展：两个相同的带电小球（可视为点电荷） ，相碰后放回原处，相互间的库仑力大小怎样变化。 讨论如下：等量同种电荷，F /=F；等量异种电荷，F /=0F；不等量异种电荷 F /F、F /=F、F /在水平方向上满足 21式联立得 2410。